WO1997030273A1 - Einrichtung und verfahren zur abführung eines flüssigen schmiermittels aus einer lageranordnung - Google Patents

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WO1997030273A1
WO1997030273A1 PCT/DE1997/000262 DE9700262W WO9730273A1 WO 1997030273 A1 WO1997030273 A1 WO 1997030273A1 DE 9700262 W DE9700262 W DE 9700262W WO 9730273 A1 WO9730273 A1 WO 9730273A1
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lubricant
bearing
space
shaft
seal
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PCT/DE1997/000262
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Inventor
Heinrich Oeynhausen
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18—Lubricating arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N31/00—Means for collecting, retaining, or draining-off lubricant in or on machines or apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N7/00—Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated
    • F16N7/36—Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated with feed by pumping action of the member to be lubricated or of a shaft of the machine; Centrifugal lubrication

Definitions

  • the invention relates to a device for removing a liquid lubricant, in particular bearing oil, from a bearing arrangement for a shaft rotating about an axis.
  • the bearing arrangement has a bearing to be loaded with lubricant, the bearing on the shaft, at least one seal surrounding the shaft and a collecting space for collecting and discharging emerging lubricant.
  • the invention further relates to a method for discharging a liquid lubricant from a bearing arrangement, in particular for a shaft of a steam turbine.
  • the invention relates in particular to slide bearing arrangements in turbine systems, in particular in steam turbine systems.
  • Slide bearing arrangements which can be used in turbine systems, as well as a method and a device for removing liquid lubricants, in particular lubricating oil, from such slide bearing arrangements are known, for example, from US Pat EP 0 306 634 A2 and WO 94/01713 AI.
  • EP 0 306 634 A2 describes a contact-free shaft seal with leakage oil discharge, which is used in a plain bearing for turbomachinery, in particular steam turbines, in a wide speed range, starting from standstill through the turning speed up to the operating speed (for example 3000 U / min) rapid removal of the bearing oil flowing off the sliding bearing surfaces is ensured.
  • a device is provided with an oil collecting ring channel, which is recessed on an arc piece in the form of a slit-shaped opening arc, so that the opening arc sweeps over a circumferential angle region of the shaft, which begins at the geodetically lowest point of the ring channel outer contour and is seen in the direction of shaft rotation - hen extends at most to the bearing shell joint of the oil collection ring channel.
  • a leakage oil collecting chamber is welded on geodetically below the seal. This opens via axially oriented suction bores into a suction nozzle which is located in the form of suction cones in the oil outlet of the oil collection ring channel. In this way, leakage of oil from the seals assigned to the plain bearings is also to be achieved to a certain extent.
  • WO 94/01713 A1 discloses a method and a device for removing lubricants, in particular bearing oil, from a bearing arrangement, in particular a front bearing of a steam turbine.
  • a seal surrounding a turbine shaft is assigned to the end bearing.
  • a collecting space surrounding the shaft is provided, into which the lubricant flowing out of the bearing along the shaft flows and from which it is discharged.
  • the lubricant is removed from the collecting space without a significant loss of speed.
  • the storage oil is fed to a drain line through an injection line.
  • the arrangement of the injection line and the drain line forms a jet pump which produces a suction effect.
  • the object of the invention is to provide a device for discharging a liquid lubricant from a bearing arrangement for a shaft rotating about an axis, the bearing arrangement having a bearing to be loaded with the lubricant, the bearing supporting the shaft and exiting from the bearing Lubricant to be discharged accelerated with little expenditure on equipment.
  • Another object is to provide a corresponding method for the accelerated removal of a liquid lubricant.
  • the object directed to a device is achieved in that, in the case of a bearing arrangement with at least one seal surrounding the shaft adjacent to the bearing and a collecting space associated with a first end of the bearing and surrounding the shaft, through which collecting space the Lubricant emerging from the first end can be caught and drained, a lubricant sump space arranged geodetically below the bearing is provided, which is connected to a lubricant drain, and wherein the collecting space has a deflection channel leading through the lubricant sump space for accelerated discharge of the lubricant into the lubricant drain.
  • the momentum of the escaping lubricant is used here.
  • the lubricant receives an impulse when it exits the bearing, since it is thrown off tangentially by the rotating shaft.
  • the emerging lubricant has a high speed in the tangential direction. This speed is largely maintained by the deflection bend, so that there is an accelerated outflow of the lubricant from the collecting space.
  • the collecting space with the adjoining deflection bend works together with the lubricant outlet like an injector and accelerates the lubricant emerging at a second end of the bearing opposite the first end. This flows directly into the lubricant sump space, which is formed in particular by the housing of the bearing.
  • a lubricant sump is formed in the lubricant sump chamber during normal operation of the shaft with the lubricant supply to the bearing arrangement functioning properly.
  • the accelerated removal of the lubricant ensures that the level of the lubricant sump is geodetically below the seal when the shaft rotates. This effectively prevents lubricant from flowing into the seal from the lubricant sump.
  • the second end of the bearing is preferably designed so that there is a direct fluid connection to the lubricant sump space.
  • An undesirable distribution of lubricant emerging from the second end is preferably ensured by a collecting space adjacent to the second end for receiving and discharging lubricant, the collecting space ensuring a direct drainage of the lubricant into the lubricant sump space.
  • the bearing is preferably arranged between the seal and the collecting space serving as an injector, as a result of which accelerated discharge of the lubricant emerging from the bearing in the direction of the seal is ensured, so that penetration of lubricant into the seal is largely avoided.
  • a suction space is provided directly in the housing of the seal, which is fluidically connected to an intermediate space formed by two adjacent sealing strips surrounding the shaft.
  • a fluidic connection is preferably made by a number of holes in the seal housing. This results in a drainage of bearing oil that has penetrated into the intermediate space. enough .
  • the seal preferably has a plurality of sealing strips and thus a plurality of intermediate spaces along the axis of the shaft, each of which is fluidically connected to the suction space.
  • the suction space preferably has at least one bore made in the sealing housing, which runs in particular in the axial direction.
  • the holes to be drilled are determined, the thermomechanical load-bearing capacity of the seal housing also being taken into account.
  • the suction space is preferably connected to a suction line which leads through the lubricant sump space and opens into the lubricant drain, so that its cross section is narrowed through the suction line.
  • a suction line which leads through the lubricant sump space and opens into the lubricant drain, so that its cross section is narrowed through the suction line.
  • an additional low vacuum is locally generated in the lubricant outlet.
  • This negative pressure favors the drainage of the lubricant that has penetrated the seal.
  • This suction of lubricant from the seal which works automatically due to the negative pressure, functions even if suction of lubricant vapor from the bearing housing should fail. There is thus an additional security against leakage of lubricant from a bearing, in particular a sliding bearing in an evaporation space of a steam turbine plant adjoining the seal.
  • the suction of the lubricant that has entered the seal is accelerated by means of a deflecting bend, which acts as an injector, compared to a bearing arrangement in which the lubricant only flows out of the bearing as a result of the gravitational effect.
  • the device is preferably suitable for upgrading a bearing arrangement, in particular a plain bearing arrangement, in a turbine system, in particular a steam turbine system.
  • the device is particularly suitable for use in highly loaded turbine systems in power plants and the like; it is particularly suitable for upgrading a slide bearing arrangement in a front bearing of a turbine system, which front bearing is arranged in a steam room of the turbine system filled with steam.
  • a bearing arrangement can of course have further components in addition to those previously mentioned.
  • the seals in bearing arrangements are designed in several parts and / or in a structured manner. As seen along the shaft, there are often several sealing sections between the inside of a turbine and the bearing, between which there are spaces which, depending on the design and function, are subjected to steam, evacuated or ventilated. This requires a leakage current with certain properties, in particular a defined size, a defined direction and a defined composition, to arise in each partial seal and these leakage currents to be applied
  • the task directed to a method for removing a liquid lubricant from a bearing arrangement for a shaft rotating about an axis is for a bearing arrangement with a lubricant-loaded bearing that supports the shaft, at least one bearing surrounding the shaft adjacent to the bearing Seal, and a first end of the
  • Bearing associated with the shaft encircling collecting space, through which collecting space the lubricant emerging at the first end is collected and discharged, is solved in that the accelerated lubricant is extracted from the collecting space via a deflection channel leading through a lubricant sump space located geodetically below the bearing Lubricant drain is supplied.
  • a collecting space provided with a deflection channel which utilizes the high tangential flow velocity of the emerging lubricant, achieves accelerated removal of the lubricant.
  • the deflection bend preferably opens in the vertical direction into a vertically running lubricant outlet, which outlet is connected to the lubricant sump space which is partially filled with lubricant.
  • the deflection bend which leads through the lubricant sump space and leads into the lubricant drain creates a negative pressure in the lubricant drain, through which an accelerated outflow of lubricant from the lubricant sump space takes place.
  • the level of the lubricant in the lubricant sump space is kept geodetically below the seal, so that no lubricant from the lubricant sump penetrates into the seal and flows through it.
  • the lubricant sump space is filled with lubricant, in particular bearing oil, emerging from a second end of the bearing opposite the first end along the axis.
  • lubricant in particular bearing oil
  • the supply of emerging lubricant is ensured by a free fluidic connection between the second end and the lubricant sump space.
  • a further collecting space surrounding the shaft can be provided, from which the lubricant flows into the lubricant sump space.
  • the lubricant penetrating into an intermediate space formed between two sealing bands of the seal is passed into a suction space, in particular an axial bore, located in the housing of the seal and flows from there via a suction line leading through the lubricant sump space into the Lubricant drain.
  • a suction space in particular an axial bore
  • An additional negative pressure is generated by the suction line opening into the lubricant outlet, which causes accelerated removal of the lubricant that has penetrated into the seal.
  • FIG. 1 shows a bearing arrangement of a front bearing of a steam turbine in a longitudinal section along an axis of a turbine shaft
  • FIG. 2 shows an enlarged detail according to FIG. 1 in the area of the seal.
  • the bearing 1 shows a steam turbine shaft 4 extending along an axis 3 in an end region.
  • the turbine shaft 4 is supported by a bearing arrangement 2, a bearing 5 designed as a sliding bearing, which is surrounded by a bearing housing 20, and a seal 7 sealing the bearing housing 20 on the shaft 4.
  • the bearing arrangement 2 has a device 1 for discharging lubricant 8, in particular bearing oil, from the bearing housing 20. Seal 7 and bearing 5 surround the turbine shaft 4 in a circular cylindrical manner.
  • the bearing 5 has a lubricant supply, not shown, through which lubricant 8 is supplied to the bearing 5 during normal operation of the steam turbine system.
  • the lubricant 8 occurs at a first
  • End 9a which is assigned to the end face 27 of the turbine shaft 4, and from a second end 9b, which faces the seal 7.
  • a collecting space 10 for receiving the lubricant 8 emerging from the bearing 5 at high tangential speed which has a deflection channel 25 at its geodetically lowest point, through which the lubricant 8 is discharged .
  • the deflection channel 25 is passed through a lubricant sump chamber 11 located geodetically below the bearing 5, essentially vertically, and opens out at a substantially vertical one Lubricant drain 12.
  • the lubricant drain 12 is cast into a carrier 28 of the bearing housing 20.
  • the lubricant outlet 12 extends geodetically downwards directly from the lubricant sump chamber 11.
  • a collecting space 10a is also provided at the second end 9b for receiving and discharging the lubricant 8 emerging from the second end 9b.
  • the collecting space 10a ensures an essentially unhindered outflow of the lubricant 8 into the lubricant sump space 11, which as a result fills it with lubricant 8, in particular bearing oil, to a corresponding level geodetically below the seal 7 during normal operation of the steam turbine system is.
  • the bearing housing 20, which surrounds a front bearing 5a, is arranged in a steam room of the steam turbine system, in particular an exhaust pipe.
  • the bearing arrangement 2 is held in the steam chamber via the supports 28, 28a, one or more of the supports 28 being hollow, in particular containing the lubricant outlet 12.
  • the bearing housing 20 serves in particular to keep the steam away from the bearing arrangement 2.
  • An air supply 22 is guided through the bearing housing 20 and opens into the surroundings of the seal 7 outside the bearing housing 20.
  • the air supply 22 is guided through a further carrier 28a.
  • the bearing housing 20 is connected to an oil vapor extractor 21, so that there is always a slight negative pressure in the bearing housing 20.
  • the seal 7 is a contactless shaft seal shown in more detail in FIG. 2 with a seal housing 6, which prevents the escape of steam or the entry of air and the exit of lubricant 8, in particular oil or oil vapor. Outside the bearing housing 20, between the seal 7 and the part of the turbine shaft 4 which carries the blades 24, the suction devices and steam feeds (not shown in more detail) for steam and sealing steam are provided.
  • a suction line 17 is attached to the seal 7.
  • locks which is guided in the lubricant sump chamber 11 through the area 19 filled with lubricant 8 and opens into the lubricant outlet 12 essentially vertically with a bend 26.
  • the cross section 18 of the lubricant drain 12 is reduced, which creates an additional negative pressure.
  • the collecting space 10 with the deflection channel 25 arranged thereon and the seal 7 with the suction line 17 connected to it are part of the device 1 for accelerated removal of lubricant 8.
  • the bearing oil 8 emerges at the ends 9a, 9b of the bearing 5 of a plain bearing and has a high speed in the circumferential direction as a result of the rotation of the turbine shaft 4.
  • the bearing oil 8 is collected in the collecting space 10 and passed through the deflection bend 25 into the lubricant drain 12.
  • This arrangement of collecting chamber 10, deflection bend 25 and lubricant outlet 12 acts like an injector and accelerates the bearing oil 8 emerging at the second end 9b, which is led directly into the lubricant sump chamber 11 and is present there as an oil sump.
  • the discharge for lubricant 8, bearing oil, which is thereby formed with little expenditure on equipment, functions independently of the oil extraction 21 solely through the rotation of the turbine shaft 4.
  • the seal 7 has a seal housing 6, on which a plurality of sealing tapes 15 are arranged surrounding the seal housing 6 along the turbine shaft 4.
  • the seal 7 is a non-contact lip seal.
  • a respective space 14 is formed between adjacent sealing tapes 15.
  • the seal housing 6 has a suction space 13 which is connected to a plurality of the intermediate spaces 14 by a respective tap hole 23.
  • the suction chamber 13 has a bore 16 or a plurality of bores 16, each of which bores in the axial direction parallel to the axis 3 in the sealing tion housing 6 are introduced.
  • the suction line 17 already described connects to a respective bore 16.
  • a suction of lubricant 8, in particular leak oil, which has penetrated into the seal 7 is ensured with the suction space 13 which is introduced directly into the seal housing 6 and is connected in terms of flow with the intermediate spaces 14. This effectively prevents the bearing 5 in the direction of the air supply 22 from gradually filling the intermediate spaces 14 with the lubricant 8 ultimately escaping from the bearing housing 20.
  • the lubricant 8 is passed from the spaces 14 through the suction line 17 into the lubricant drain 12.
  • a cross-sectional narrowing takes place, by means of which an additional negative pressure is locally generated.
  • This negative pressure means that the lubricant 8 that has penetrated into the seal 7 is not only removed as a result of the gravitational effect, but also by means of a targeted suction.
  • This suction is further promoted by the collecting space 10 acting as an injector with a deflection bend 25.
  • the suction is functional independently of the oil vapor suction device 21 and thus contributes to additional security against oil leakage from a slide bearing 5 into an evaporation chamber of a steam turbine.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1) zu Abführung eines flüssigen Schmiermittels (8) aus einer Lageranordnung (2) für eine um eine Achse (3) rotierende Welle, insbesondere für eine Dampfturbine. Die Lageranordnung (2) weist ein mit dem Schmiermittel (8) zu beaufschlagendes, die Welle (4) lagerndes Lager (5), zumindest eine dem Lager (5) benachbarte die Welle (4) umringende Dichtung (7), und einen einem ersten Ende (9a) des Lagers zugeordneten, die Welle (4) umringenden Sammelraum (10) auf. Durch den Sammelraum (10) ist das an dem ersten Ende (9a) austretende Schmiermittel (8) auffangbar und ableitbar. Geodätisch unterhalb des Lagers (5) ist ein Schmiermittelsumpfraum (11) vorgesehen, welcher mit einem Schiermittelablauf (12) verbunden ist. Der Sammelraum (10) weist einen durch den Schmiermittelsumpfraum (11) führenden Umlenkkanal (25) zur Ableitung des Schmiermittels (8) in den Schmiermittelablauf (12) auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Abführung eines flüssigen Schmiermittels (8) aus einer Lageranordnung (2).

Description

Beschreibung
Einrichtung und Verfahren zur Abführung eines flüssigen Schmiermittels aus einer Lageranordnung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abführung eines flüssigen Schmiermittels, insbesondere Lageröl, aus einer La¬ geranordnung für eine um eine Achse rotierende Welle. Die La¬ geranordnung weist ein mit Schmiermittel zu beaufschlagendes, die Welle lagerndes Lager, zumindest eine dem Lager benach¬ barte die Welle umringende Dichtung und einen Sammelraum zum Auffangen und Ableiten von austretendem Schmiermittel auf . Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Abführung eines flüssigen Schmiermittels aus einer Lageranordnung, ins- besondere für eine Welle einer Dampfturbine.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Gleitlageranord- nungen in Turbinenanlagen, insbesondere in Dampfturbinenanla- gen. Gleitlageranordnungen, welche in Turbinenanlagen ver- wendbar sind, sowie ein Verfahren und eine Einrichtung zur Abführung flüssiger Schmiermittel, insbesondere Schmieröl, aus solchen Gleitlageranordnungen, gehen beispielsweise aus der EP 0 306 634 A2 sowie aus der WO 94/01713 AI hervor.
In der EP 0 306 634 A2 ist eine berührungsfreie Wellendich¬ tung mit Lecköl-Abführung beschrieben, die bei einem Gleit¬ lager für Turbomaschinen, insbesondere Dampfturbinen in einem weiten Drehzahlbereich, angefangen vom Stillstand über die Turndrehzahl bis hin zur Betriebsdrehzahl (z.B. 3000 U/min) eine zügig Abführung des von den Gleitlagerflächen abströmen¬ den Lageröls gewährleistet . Hierzu ist eine Einrichtung mit einem Ölsammel-Ringkanal vorgesehen, der auf einem Bogenstück in Form eines schlitzförmigen Öffnungsbogens ausgespart ist, so daß der Öffnungsbogen einen Umfangswinkelbereich der Welle überstreicht, der beim geodätisch tiefsten Punkt der Ringka¬ nal-Außenkontur beginnt und sich in Wellendrehrichtung gese- hen höchstens bis zur Lagerschalen-Teilfuge des Ölsammel- Ringkanals erstreckt. Für eine Abführung von in eine Dichtung des Gleitlagers eingedrungenem Lecköl, ist geodätisch unter¬ halb der Dichtung eine Lecköl-Sammelkammer angeschweißt. Diese mündet über axial orientierte Absaugbohrungen in einen Sog erzeugende Treibdüsen, welche sich in Form von Saughüt¬ chen im Ölablauf des Ölsammel-Ringkanals befinden. Hierdurch soll auch in einem gewissen Umfang eine Abführung von Lecköl aus den den Gleitlagern zugeordneten Dichtungen erreicht wer- den.
In der WO 94/01713 AI sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Abführung von Schmiermittel, insbesondere Lageröl, aus einer Lageranordnung, insbesondere einem Stirnlager einer Dampfturbine, angegeben. Dem Stirnlager ist hierbei eine eine Turbinenwelle umringende Dichtung zugeordnet. Zwischen diesen ist ein die Welle umringender Sammelraum vorgesehen, in den das entlang der Welle aus dem Lager austretende Schmiermittel einströmt und aus dem es abgeführt wird. Das Schmiermittel wird ohne wesentlichen Geschwindigkeitsverlust aus dem Sam¬ melraum abgeführt. Durch eine Injektionsleitung wird das La¬ geröl einer Abflußleitung zugeführt. Die Anordnung aus Injek¬ tionsleitung und Abflußleitung bildet eine eine Sogwirkung erzeugende Strahlpumpe.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Abführung eines flüssigen Schmiermittels aus einer Lageranordnung für eine um eine Achse rotierende Welle anzugeben, wobei die La¬ geranordnung ein mit dem Schmiermittel zu beaufschlagendes, die Welle lagerndes Lager aufweist, und aus dem Lager austre¬ tendes Schmiermittel mit geringem apparativen Aufwand be¬ schleunigt abgeführt werden soll. Eine weitere Aufgabe be¬ steht darin, ein entsprechendes Verfahren zur beschleunigten Abführung eines flüssigen Schmiermittels anzugeben. Erfindungsgemäß wird die auf eine Einrichtung gerichtete Auf¬ gabe dadurch gelöst, daß bei einer Lageranordnung mit zumin¬ dest eine dem Lager benachbarte die Welle umringende Dichtung und einem einem ersten Ende des Lagers zugeordneten, die Wel- le umringenden Sammelraum, durch welchen Sammelraum das an dem ersten Ende austretende Schmiermittel auffangbar und ab¬ laßbar ist, ein geodätisch unterhalb des Lagers angeordneter Schmiermittelsumpfräum vorgesehen ist, welcher mit einem Schmiermittelablauf verbunden ist, und wobei der Sammelraum einen durch den Schmiermittelsumpfräum führenden Umlenkkanal zur beschleunigten Ableitung des Schmiermittels in den Schmiermittelablauf aufweist .
Hierbei wird der Impuls des austretenden Schmiermittels, ins- besondere eines Lageröls, ausgenutzt. Das Schmiermittel er¬ hält bei Austritt aus dem Lager einen Impuls, da es von der rotierenden Welle tangential abgeschleudert wird. Hierdurch hat das austretende Schmiermittel eine hohe Geschwindigkeit in tangentialer Richtung. Diese Geschwindigkeit wird durch den Umlenkbogen weitgehend aufrechterhalten, so daß ein be¬ schleunigter Abfluß des Schmiermittels aus dem Sammelraum ge¬ geben ist. Der Sammelraum mit dem sich daran anschließenden Umlenkbogen wirkt zusammen mit dem Schmiermittelablauf wie ein Injektor und beschleunigt das an einem zweiten dem ersten Ende gegenüberliegenden Ende des Lagers austretende Schmier¬ mittel. Dieses strömt unmittelbar in den Schmiermittelsumpf- räum, welcher insbesondere durch das Gehäuse des Lagers ge¬ bildet ist. In dem Schmiermittelsumpfräum bildet sich bei ei¬ nem normalen Betrieb der Welle bei funktionierender Schmier- mittelZuführung zur Lageranordnung ein Schmiermittelsumpf aus. Durch die beschleunigte Abführung des Schmiermittels ist bei rotierender Welle gewährleistet, daß das Niveau des Schmiermittelsumpfes geodätisch unterhalb der Dichtung liegt. Somit ist ein Einströmen von Schmiermittel aus dem Schmier- mittelsumpf in die Dichtung wirksam verhindert. In einer
Dampfturbine, bei der sich außerhalb der Dichtung ein mit ei- nem Kondensator verbundener Luftraum anschließt, ist ein un¬ erwünschtes Eindringen von Öl in den Kondensator wirksam ver¬ hindert.
Das zweite Ende des Lagers ist vorzugsweise so ausgebildet, daß eine unmittelbare strömungstechnische Verbindung zu dem Schmiermittelsumpfräum besteht. Hierdurch kann ein ungehin¬ derter durch den als Injektor wirkenden Sammelraum des ersten Ende beschleunigter Abfluß des Schmiermittels in den Schmier- mittelsumpfraum erfolgen, wodurch eine unerwünschte Vertei¬ lung des Schmiermittels innerhalb der Lageranordnung, insbe¬ sondere ein Eindringen in eine Dichtung der Lageranordnung weitgehend vermieden wird.
Eine unerwünschte Verteilung von aus dem zweiten Ende austre¬ tenden Schmiermittel wird vorzugsweise durch einen dem zwei¬ ten Ende benachbarten Sammelraum zur Aufnahme und zur Ablei¬ tung von Schmiermittel gewährleistet, wobei der Sammelraum einen unmittelbaren Abfluß des Schmiermittels in den Schmier- mittelsumpfräum gewährleistet.
Vorzugsweise ist das Lager zwischen der Dichtung und dem als Injektor dienenden Sammelraum angeordnet, wodurch eine be¬ schleunigte Abführung des aus dem Lager in Richtung der Dich- tung austretenden Schmiermittels gewährleistet ist, so daß ein Eindringen von Schmiermittel in die Dichtung weitgehend vermieden ist.
Für eine Absaugung von dennoch in die Dichtung eindringendem Schmiermittel ist direkt in dem Gehäuse der Dichtung ein Ab¬ saugraum vorgesehen, welcher strömungstechnisch mit einem durch zwei benachbarte die Welle umringende Dichtungsbänder gebildeten Zwischenraum verbunden ist. Eine strömungstechni¬ sche Verbindung ist vorzugsweise durch eine Anzahl von Boh- rungen in dem Dichtungsgehäuse hergestellt. Hierdurch ist ein Abfluß von in den Zwischenraum eingedrungenem Lageröl er- reicht . Die Dichtung verfügt vorzugsweise über eine Mehrzahl von Dichtungsbändern und somit entlang der Achse der Welle über eine Mehrzahl an Zwischenräumen, die jeweils mit dem Ab¬ saugraum strömungstechnisch verbunden sind.
Der Absaugraum weist vorzugsweise zumindest eine in das Dich¬ tungsgehäuse eingebrachte Bohrung auf, welche insbesondere in axialer Richtung verläuft. Je nach den möglicherweise zu er¬ wartenden in die Dichtung eindringenden Mengen an Schmiermit- tel erfolgt eine Bestimmung der einzubringenden Bohrungen, wobei auch die thermomechanische Belastbarkeit des Dichtungs- gehäuses Berücksichtigung findet.
Der Absaugraum ist vorzugsweise mit einer Absaugleitung ver- bunden, welche durch den Schmiermittelsumpfräum führt und in den Schmiermittelablauf mündet, so daß dessen Querschnitt durch die Absaugleitung verengt ist. Infolge dieser vorzugs¬ weise leichten Querschnittsverengung wird örtlich in dem Schmiermittelablauf ein zusätzlicher geringer Unterdruck er- zeugt. Dieser Unterdruck begünstigt den Ablauf des in die Dichtung eingedrungenen Schmiermittels. Diese durch den Un¬ terdruck selbsttätig funktionierende Absaugung von Schmier¬ mittel aus der Dichtung funktioniert selbst dann, wenn eine Absaugung von Schmiermitteldunst aus dem Lagergehäuse ausfal- len sollte. Es ist somit eine zusätzliche Sicherheit gegen¬ über Austritt von Schmiermittel aus einem Lager, insbesondere einem Gleitlager in einem sich an die Dichtung anschließenden Abdampfräum einer Dampfturbinenanlage, gegeben. Hierdurch ist auch eine den Wirkungsgrad der Dampfturbine verringernde Be- netzung eines mit dem Abdampfräum verbundenen Kondensators mit Schmiermittel sicher vermieden. Die Absaugung des in die Dichtung eingetretenen Schmiermittels ist gegenüber einer La¬ geranordnung, bei der das Schmiermittel lediglich in Folge der Gravitationswirkung aus dem Lager abfließt, durch den als Injektor wirkenden Sammelraum mit Umlenkbogen beschleunigt. Vorzugsweise eignet sich die Einrichtung zur Ertüchtigung ei¬ ner Lageranordnung, insbesondere einer Gleitlageranordnung, in einer Turbinenanlage, insbesondere einer Dampfturbinenan- lage. Die Einrichtung ist besonders geeignet zur Anwendung in hochbelasteten Turbinenanlagen in Kraftwerken und derglei¬ chen; besonders eignet sie sich zur Ertüchtigung einer Gleit¬ lageranordnung in einem Stirnlager einer Turbinenanlage, wel¬ ches Stirnlager in einen von Dampf erfüllten Dampfräum der Turbinenanlage angeordnet ist. Eine Lageranordnung kann selbstverständlich weitere Komponenten neben den bisher er¬ wähnten aufweisen. In vielen Dampfturbinen sind die Dichtun¬ gen in Lageranordnungen mehrteilig und/oder strukturiert aus¬ geführt. So liegen, entlang der Welle gesehen, zwischen dem Inneren einer Turbine und dem Lager vielfach mehrerer Dicht- abschnitte, zwischen denen Räume angeordnet sind, die je nach Ausgestaltung und Funktion mit Dampf beaufschlagt, evakuiert oder belüftet werden. Dies bedingt in jeder Teildichtung ei¬ nen Leckstrom mit bestimmten Eigenschaften, insbesondere de¬ finierter Größe, definierter Richtung und definierter Zusam- mensetzung, entstehen zu lassen und diese Leckströme an
Schmiermittel an bestimmten Stellen aus der Dichtung auszu¬ leiten und einer ihrer jeweiligen Zusammensetzung entspre¬ chenden weiteren Behandlung zuführen zu können.
Die auf ein Verfahren zur Abführung eines flüssigen Schmier¬ mittels aus einer Lageranordnung für eine um eine Achse ro¬ tierende Welle gerichtete Aufgabe wird für eine Lageranord¬ nung mit einem mit Schmiermittel beaufschlagten, die Welle lagernden Lager, zumindest eine dem Lager benachbarte die Welle umringende Dichtung, und einem einem ersten Ende des
Lagers zugeordneten, die Welle umringenden Sammelraum, durch welchen Sammelraum das an dem ersten Ende austretende Schmiermittel aufgefangen und abgeleitet wird, dadurch ge¬ löst, daß aus dem Sammelraum über einen durch einen geodä- tisch unterhalb des Lagers liegenden Schmiermittelsumpfräum führenden Umlenkkanal das beschleunigte Schmiermittel einem Schmiermittelablauf zugeführt wird. Durch einen solchen mit einem Umlenkkanal versehenen Sammelraum, der die hohe tangen- tiale Strömungsgeschwindigkeit des austretenden Schmiermit¬ tels ausnutzt, wird eine beschleunigte Abführung des Schmier- mittels erreicht. Der Umlenkbogen mündet vorzugsweise in ver¬ tikaler Richtung in einen vertikal verlaufenden Schmiermit¬ telablauf, welcher Ablauf mit dem teilweise mit Schmiermittel gefüllten Schmiermittelsumpfräum verbunden ist. Der durch den Schmiermittelsumpfräum hindurchführende in den Schmiermit- telabfluß mündende Umlenkbogen erzeugt in dem Schmiermit¬ telabfluß einen Unterdruck, durch den ein beschleunigter Ab¬ fluß von Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpfräum er¬ folgt. Hierdurch wird das Niveau des Schmiermittels in dem Schmiermittelsumpfraum geodätisch unterhalb der Dichtung ge- halten, so daß kein Schmiermittel aus dem Schmiermittelsumpf in die Dichtung eindringt und diese durchströmt.
Der Schmiermittelsumpfräum wird durch aus einem zweiten dem ersten Ende entlang der Achse gegenüberliegenden Ende des La- gers austretendem Schmiermittel, insbesondere Lageröl, ge¬ füllt. Die Zufuhr an austretendem Schmiermittel ist durch ei¬ ne freie strömungstechnische Verbindung zwischen dem zweiten Ende und dem Schmiermittelsumpfräum gewährleistet. Hierfür kann ein weiterer die Welle umringender Sammelraum vorgesehen sein, aus welchem das Schmiermittel in den Schmiermittel- sumpfräum strömt.
Das in einen zwischen zwei Dichtungsbändern der Dichtung ge¬ bildeten Zwischenraum eindringende Schmiermittel wird in ei- nen in dem Gehäuse der Dichtung liegenden Absaugraum, insbe¬ sondere eine axiale Bohrung, geleitet und strömt von dort über eine durch den Schmiermittelsumpfraum führende Absaug¬ leitung in den Schmiermittelablauf. Durch die in dem Schmier¬ mittelablauf mündende Absaugleitung wird ein zusätzlicher Un- terdruck erzeugt, welcher einer beschleunigten Abführung des in die Dichtung eingedrungenen Schmiermittels bedingt. Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie¬ le werden die erfindungsgemäße Einrichtung und das Verfahren näher erläutert. Es zeigen in teilweise schematisierter Dar- Stellung:
FIG 1 eine Lageranordnung eines Stirnlagers einer Dampftur¬ bine in einem Längsschnitt entlang einer Achse einer Turbinenwelle und FIG 2 einen vergrößerten Ausschnitt gemäß FIG 1 im Bereich der Dichtung.
In FIG 1 ist eine sich entlang einer Achse 3 erstreckende Dampfturbinenwelle 4 in einem Endbereich dargestellt. Die Turbinenwelle 4 ist durch eine^Lageranordnung 2 urtifassend ein als Gleitlager ausgebildetes Lager 5, welches von einem La¬ gergehäuse 20 umgeben ist, und eine daέ Lagergehäuse 20 an der Welle 4 abdichtende Dichtung 7, gelagert. Die Lageranord¬ nung 2 weist eine Einrichtung 1 zur Abführung von Schmiermit- tel 8, insbesondere Lageröl, aus dem Lagergehäuse 20 hinaus auf. Dichtung 7 sowie Lager 5 umringen die Turbinenwelle 4 kreiszylindrisch. Das Lager 5 weist eine nichtdargestellte SchmiermittelZuführung auf, durch die während eines normalen Betriebes der Dampfturbinenanlage Schmiermittel 8 dem Lager 5 zugeführt wird. Das Schmiermittel 8 tritt an einem ersten
Ende 9a, welches der Stirnseite 27 der Turbinenwelle 4 zuge¬ ordnet ist, sowie aus einem zweiten Ende 9b, welches der Dichtung 7 zugewandt ist, aus. Unmittelbar an dem ersten Ende 9a ist ein Sammelraum 10 zur Aufnahme des mit hoher tangen- tialer Geschwindigkeit aus dem Lager 5 austretenden Schmier¬ mittel 8 angeordnet, welcher einen Umlenkkanal 25 an seinem geodätisch tiefstliegenden Punkt hat, durch den das Schmier¬ mittel 8 abgeleitet wird. Der Umlenkkanal 25 ist durch einen geodätisch unterhalb des Lagers 5 liegenden Schmiermittel- sumpfräum 11 im wesentlichen vertikal hindurch geführt und mündet an einem im wesentlichen vertikal verlaufenden Schmiermittelablauf 12. Der Schmiermittelablauf 12 ist in ei¬ nem Träger 28 des Lagergehäuses 20 eingegossen. Der Schmier¬ mittelablauf 12 erstreckt sich unmittelbar von dem Schmier¬ mittelsumpfraum 11 geodätisch nach unten. An dem zweiten Ende 9b ist ebenfalls ein Sammelraum 10a zur Aufnahme und Ablei¬ tung des aus dem zweiten Ende 9b austretenden Schmiermittels 8 vorgesehen. Der Sammelraum 10a gewährleistet ein im wesent¬ lichen ungehindertes Abströmen des Schmiermittels 8 in den Schmiermittelsumpfräum 11, welcher hierdurch während des nor- malen Betriebes der Dampfturbinenanlage bis zu einem entspre¬ chenden geodätisch unterhalb der Dichtung 7 liegenden Pegel mit Schmiermittel 8, insbesondere Lageröl, gefüllt ist. Das Lagergehäuse 20, welches ein Stirnlager 5a umgibt, ist in ei¬ nem Dampfräum der Dampfturbinenanlage, insbesondere einem Ab- dampfstutzen, angeordnet. Die Lageranordnung 2 ist über die Träger 28, 28a in dem Dampfräum gehalten, wobei einer oder mehrere der Träger 28 hohl sind, insbesondere den Schmiermit¬ telablauf 12 enthalten. Das Lagergehäuse 20 dient insbeson¬ dere der Fernhaltung des Dampfes von der Lageranordnung 2. Durch das Lagergehäuse 20 hindurch ist eine Luftzuführung 22 geführt, welche außerhalb des Lagergehäuses 20 in der Umge¬ bung der Dichtung 7 mündet. Die Luftzuführung 22 ist durch einen weiteren Träger 28a geführt. Das Lagergehäuse 20 ist an eine Öldunstabsaugung 21 angeschlossen, so das stets ein leichter Unterdruck im Lagergehäuse 20 herrscht. Die Dichtung 7 ist eine näher in FIG 2 dargestellte berührungslose Wellen¬ dichtung mit einem Dichtungsgehäuse 6, die den Austritt von Dampf bzw. den Eintritt von Luft und den Austritt von Schmiermittel 8, insbesondere Öl bzw. Öldunst, verhindert. Außerhalb des Lagergehäuses 20 sind zwischen der Dichtung 7 und dem die Laufschaufeln 24 tragenden Teil der Turbinenwelle 4, die nicht näher dargestellten Absaugungen und DampfZufüh¬ rungen für Wrasendampf und Sperrdampf vorgesehen.
Zur Abführung von in die Dichtung 7 eingedrungenem Schmier¬ mittel 8 ist an die Dichtung 7 eine Absaugleitung 17 ange- schlössen, welche in dem Schmiermittelsumpfräum 11 durch den mit Schmiermittel 8 gefüllten Bereich 19 geführt ist und mit einem Krümmer 26 im wesentlichen vertikal in den Schmiermit¬ telablauf 12 einmündet. Hierdurch wird der Querschnitt 18 des Schmiermittelablaufes 12 verringert, wodurch ein zusätzlicher Unterdruck entsteht. Der Sammelraum 10 mit dem daran angeord¬ neten Umlenkkanal 25 und die Dichtung 7 mit der daran ange¬ schlossenen Absaugleitung 17 sind Teil der Einrichtung 1 zur beschleunigten Abführung von Schmiermittel 8.
Das Lageröl 8 tritt an den Enden 9a, 9b des Lagers 5 eines Gleitlagers aus und hat in Folge der Rotation der Turbinen¬ welle 4 eine hohe Geschwindigkeit in Umfangsrichtung. In dem Sammelraum 10 wird das Lageröl 8 aufgefangen und durch den Umlenkbogen 25 in den Schmiermittelablauf 12 geleitet. Diese Anordnung aus Sammelraum 10, Umlenkbogen 25 und Schmiermit¬ telablauf 12 wirkt wie ein Injektor und beschleunigt das an dem zweiten Ende 9b austretende Lageröl 8, welches direkt in den Schmiermittelsumpfräum 11 geleitet wird und dort als Öl- sumpf ansteht. Die hierdurch mit geringem apparativen Aufwand gebildete Abführung für Schmiermittel 8, Lageröl, funktio¬ niert unabhängig von der Ölabsaugung 21 alleine durch die Ro¬ tation der Turbinenwelle 4.
In FIG 2 ist die Dichtung 7 gemäß FIG 1 in einem vergrößerten Maßstab dargestellt. Die Dichtung 7 hat ein Dichtungsgehäuse 6, an dem entlang der Turbinenwelle 4 das Dichtungsgehäuse 6 umringend eine Mehrzahl von Dichtungsbändern 15 angeordnet sind. Bei der Dichtung 7 handelt es sich um eine berührungs- lose Lippendichtung. Zwischen jeweils benachbarten Dichtungs- bändern 15 ist ein jeweiliger Zwischenraum 14 gebildet. Das Dichtungsgehäuse 6 weist einen Absaugraum 13 auf, welcher durch eine jeweilige Stichbohrung 23 mit einer Mehrzahl der Zwischenräume 14 verbunden ist. Der Absaugraum 13 weist eine Bohrung 16 oder eine Mehrzahl an Bohrungen 16 auf, die je¬ weils in axialer Richtung parallel zur Achse 3 in das Dich- tungsgehäuse 6 eingebracht sind. An eine jeweilige Bohrung 16 schließt sich die bereits beschriebene Absaugleitung 17 an. Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich, bei einer Mehr¬ zahl von Bohrungen 16 diese an einen gemeinsamen Kanal anzu- schließen, an welchem Kanal dann die Absaugleitung 17 ange¬ schlossen ist.
Mit dem unmittelbar in das Dichtungsgehäuse 6 eingebrachten und mit den Zwischenräumen 14 strömungstechnisch verbundenen Absaugraum 13 ist eine Absaugung von Schmiermittel 8, insbe¬ sondere Lecköl, das in die Dichtung 7 eingedrungen ist, ge¬ währleistet. Hierdurch wird wirksam verhindert, daß von dem Lager 5 in Richtung der Luftzuführung 22 ein sukzessives Auf¬ füllen der Zwischenräume 14 mit einem letztendlichen Austritt des Schmiermittels 8 aus dem Lagergehäuse 20 heraus verhin¬ dert ist. Durch die Bohrung 16 im Dichtungsgehäuse 6 wird das Schmiermittel 8 aus den Zwischenräumen 14 über die Absauglei¬ tung 17 in den Schmiermittelablauf 12 geleitet. Durch ein Einmünden der Absaugleitung 17 im Bereich des Umlenkbogens 25 in den Schmiermittelabfluß 12, erfolgt eine Querschnittsver¬ engung, durch die örtlich ein zusätzlicher Unterdruck erzeugt wird. Durch diesen Unterdruck wird das in die Dichtung 7 ein¬ gedrungene Schmiermittel 8 nicht nur in Folge der Gravita¬ tionswirkung, sondern durch eine gezielte Absaugung abge- führt. Diese Absaugung wird durch den als Injektor wirkendes Sammelraum 10 mit Umlenkbogen 25 weiter begünstigt. Die Ab¬ saugung ist unabhängig von der Öldunstabsaugung 21 funktions¬ fähig und trägt somit zu einer zusätzlichen Sicherheit gegen Ölaustritt aus einem Gleitlager 5 in einen Abdampfraum einer Dampfturbine bei.

Claims

Patentansprüche
1. Einrichtung (1) zur Abführung eines flüssigen Schmiermit¬ tels (8) aus einer Lageranordnung (2) für eine um eine Achse (3) rotierende Welle (4) , welche Lageranordnung (2) ein mit dem Schmiermittel (8) zu beaufschlagendes, die Welle (4) la¬ gerndes Lager (5) , zumindest eine dem Lager (5) benachbarte die Welle (4) umringende Dichtung (7) , und einen einem ersten Ende (9a) des Lagers (5) zugeordneten, die Welle umringenden Sammelraum (10) aufweist, durch welchen Sammelraum (10) das an dem ersten Ende (9a) austretende Schmiermittel (8) auf¬ fangbar und ableitbar ist, d a du r c h g e k e nn ¬ z e i c h n e t , daß geodätisch unterhalb des Lagers (5) ein Schmiermittelsumpfräum (11) vorgesehen ist, welcher mit einem Schmiermittelablauf (12) verbunden ist, und der Sammel- räum (10) einen durch den Schmiermittelsumpfräum (11) zu dem Schmiermittelablauf (12) führenden Umlenkkanal (25) zur be¬ schleunigten Ableitung des Schmiermittels (8) aufweist.
2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der das zweite Ende (9b) des Lagers (5) dem ersten Ende (9a) entlang der Achse (3) gegenüber liegt und für eine unmittelbare Strömung des Schmiermittels (8) in den Schmiermittelsumpfräum (11) mit diesem strömungstechnisch in Verbindung steht.
3. Einrichtung (1) nach Anspruch 2, bei der ein weiterer dem zweiten Ende (9b) benachbarter Sammelraum (10a) zur Aufnahme und Ableitung von aus dem zweiten Ende (9b) austretendem Schmiermittel (8) vorgesehen ist.
4. Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Lager (5) zwischen der Dichtung (7) und dem Sam¬ melraum (10) angeordnet ist.
5. Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtung (7) ein Dichtungsgehäuse (6) , in dem ein Absaugraum (13) vorgesehen ist, und zumindest zwei einen Zwischenraum (14) bildende die Welle (4) umringende Dich- tungsbänder (15) aufweist, welcher Zwischenraum (14) strö¬ mungstechnisch mit dem Absaugraum (13) verbunden ist.
6. Einrichtung (1) nach Anspruch 5, bei der der Absaugraum (13) eine in das Dichtungsgehäuse (6) eingebrachte Bohrung (16) aufweist.
7. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, bei der der Absaugraum (13) mit einer Absaugleitung (17) verbunden ist, welche durch den Schmiermittelsumpfräum (11) führt und in den Schmiermittelablauf (12) mündet, so daß dessen Quer¬ schnitt (18) durch die Absaugleitung (17) verengt ist.
8. Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einer Dampfturbinenanlage, wobei die Lageranordnung (2) ein Stirnlager (5a) umfaßt.
9. Verfahren zur Abführung eines flüssigen Schmiermittels (8) aus einer Lageranordnung (2) für eine um eine Achse (3) ro¬ tierende Welle (4) , welche Lageranordnung (2) ein mit dem Schmiermittel (8) beaufschlagte, die Welle (4) lagerndes La¬ ger (5) , zumindest eine dem Lager (5) benachbarte die Welle (4) umringende Dichtung (7) , und einen einem ersten Ende (9a) des Lagers (5) zugeordneten, die Welle umringenden Sammelraum
(10) aufweist, durch welchen Sammelraum (10) das an dem er¬ sten Ende (9a) austretende Schmiermittel (8) aufgefangen und abgeleitet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß aus dem Sammelraum (10) über einen durch einen geodätisch unterhalb des Lagers (5) liegenden Schmiermittelsumpfräum
(11) führenden Umlenkkanal (13) das Schmiermittel (12) einem Schmiermittelablauf (12) beschleunigt zugeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem das aus einem dem er- sten Ende (9a) entlang der Achse (3) gegenüberliegenden zwei¬ ten Ende (9b) austretende Schmiermittel (8) unmittelbar dem Schmiermittelsumpfräum (11) zugeführt wird, so daß der Umlenkkanal (13) in einen von Schmiermittel (8) gefüllten Bereich (19) des Schmiermittelsumpfraums (11) mündet.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem Schmiermittel (8) aus einem zwischen zwei Dichtungsbändern (15) der Dich¬ tung (7) gebildeten Zwischenraum (14) in einen Absaugraum (13) und von dort über eine durch den Schmiermittelsumpfräum
(11) führende Absaugleitung (17) in den Schmiermittelablauf
(12) geleitet wird.
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